DE1293601B

DE1293601B - Drehkolbenmaschine für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE1293601B
Application number: DE1961R0031310
Authority: DE
Inventors: Lee Albert; Hudgens Bernard Charles; Lafayette Ind. Dettlof (V.St.A.)
Original assignee: Robs Gear and Tool Company, Inc., Lafayette, Ind. (V.St.A.)
Priority date: 1960-12-02
Filing date: 1961-10-18
Publication date: 1969-04-24
Also published as: US3087436A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine die gegeneinander beweglichen Teile intensiv zu

für Flüssigkeiten, die als Pumpe oder Motor ver- schmieren und zu kühlen.

wendbar ist, mit einem zu einer Haupt- (An- oder Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung Abtriebs-)Welle zentrischen, innenverzahnten, als darin, daß der als Hohlkörper ausgebildete Dreh-Gehäuseteil dienenden Zahnring und einem vom 5 schieber von der schwenkbaren Welle durchsetzt und Zahnring umschlossenen, einen Zahn weniger als zwischen der Hauptwelle und dem Innenzahnrad andieser aufweisenden, außenverzahnten Innenzahnrad, geordnet sowie mit der Hauptwelle über eine eine dessen Zähne ständig die Innenverzahnung des radiale Belastung vermeidende Mitnahmeverbindung Außenrades berühren und das mit der Hauptwelle drehfest verbunden ist, und daß ferner seine in abüber eine verschwenkbare Welle, insbesondere Ge- io wechselnder Folge die Verbindung der Verdrängerlenkwelle, drehbar verbunden ist, so daß sein Schwer- zellen (bzw. Zahnlücken des Zahnringes) mit dem punkt mit einem seiner Zähnezahl entsprechenden Druck- und dem Niederdruckanschluß der Maschine Vielfachen der Drehzahl der Hauptwelle um die herstellenden Steuerkanäle einander abwechselnd zur Drehachse des Zahnririges sich bewegt, wobei die Hälfte als Nuten in seiner Mantelfläche und zur zwischen den Verzahnungen des Innenzahnrades und 15 Hälfte als zu seinem Hohlraum führende radiale des Zahnringes sowie Stirnwänden von Gehäuse- Kanäle seiner Zylinderwand ausgebildet sind,
teilen gebildeten Verdrängerzellen über Kanäle im Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dreh-Gehäuse und über Steuerkanäle, deren Anzahl der kolbenmaschine ist zwischen dem Innenzahnrad und doppelten Zähnezahl des Innenzahnrades entspricht, der mit ihrem inneren Ende nahezu bis zu dem in einem mit der Drehzahl der Hauptwelle mitrotie- ao Drehschieber reichenden Hauptwelle nur eine einzige renden zu dieser koaxialen zylindrischen Drehschie- schwenkbare Welle erforderlich, wobei durch die zwiber mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssig- sehen der Hauptwelle und dem Drehschieber bekeit abwechselnd verbunden werden. stehende Mitnanmeverbindung jegliche radiale Be-

Es ist eine Drehkolbenmaschine dieser Art be- lastung vermieden ist. Der Steuerdrehschieber braucht kannt, bei der der als Gehäuseteil dienende, innen- 25 dabei nicht axial verschiebbar gelagert zu sein und verzahnte Zahnring und das Innenzahnrad am inne- kann die Hälfte der Steuerkanäle in Form von einren Ende der schwenkbaren Welle bzw. Gelenkwelle fachen radialen Bohrungen enthalten, die in ein- und der Drehschieber an der der Hauptwelle abge- fächer Weise herstellbar sind. Die gesamte Maschine wendeten Seite des Zahnringes und des Innenzahn- weist ferner einen einfachen und gedrungenen Aufrades angeordnet sind. Hierbei wird der Drehschieber 30 bau auf, bei dem der Steuerschieber platzgünstig und vom Innenzahnrad synchron in der Drehbewegung raumsparend in dem Gehäuse angeordnet ist.
durch eine Antriebsverbindung mitgenommen, die Vorzugsweise erfolgt die Zu- und Ableitung der als zusätzliche Hilfsgelenkwelle zwischen Innenzahn- Arbeitsflüssigkeit über Ringkanäle in der den Drehrad und Drehschieber durch das Innere desselben schieber umgebenden Gehäusewand, wobei von jedem hindurchgeführt und an dem dem Innenzahnrad ab- 35 der Ringkanäle eine Gehäusebohrung als Anschluß gewendeten Ende des Drehschiebers mit diesem ver- nach außen führt.

bunden ist. Bei der bekannten Drehkolbenmaschine Mit dem einen Ringkanal des Gehäuses kann fersind somit zwei Gelenkwellen mit vier Gelenkstellen ner im rotierenden Teil ein Querschlitz in Verbinangeordnet, die zusammen mit den anderen gegen- dung stehen, der zum Hohlraum des Drehschiebers einander beweglichen Teilen einer besonderen 40 führt und damit einen Teil des Verbindungsweges Schmierung bedürfen. Außerdem ist bei dieser be- zu den radialen Steuerkanälen bildet,
kannten Drehkolbenmaschine, die insbesondere als Dieser Querschlitz kann vorteilhaft zur Bildung Pumpe in einem Steuergerät, beispielsweise als Kraft- der zwischen der Hauptwelle und dem Drehschieber verstärker einer Fahrzeuglenkung verwendet werden bestehenden, eine radiale Belastung vermeidenden soll, der Drehschieber axial verschiebbar gelagert 45 Mitnahmeverbindung ausgenutzt werden, indem der und muß, wenn die Maschine als Motor arbeiten Querschlitz an der Stoßstelle zwischen der Hauptsoll, axial nach innen verschoben sowie zugleich um welle und dem Drehschieber angeordnet wird und in ein bestimmtes Maß gedreht und in dieser Dreh- den Querschlitz ein exzentrischer Ansatz des Gegenstellung durch zusätzliche Mittel blockiert werden. Stückes als Mitnahmeverbindung für die Drehbewe-

Es ist weiterhin bei Drehkolbenmaschinen, bei 50 gung eingreift.

denen das Innenzahnrad auf einem Exzenter der Weitere Merkmale nach der Erfindung sind noch

Hauptwelle bzw. auf einer Kurbelwelle sitzt, bekannt, in Unteransprüchen angegeben,

den Drehschieber starr mit der Hauptwelle zu ver- Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel einer

binden. Hierbei ist jedoch der Drehschieber, der bei Drehkolbenmaschine mit den Merkmalen der Erfin-

solchen Maschinen nur wenige Steuerkanäle zu ent- 55 dung als Pumpe an Hand der Zeichnung erläutert,

halten braucht, entweder zweiteilig und mit seinen In dieser zeigt

beiden Teilen beiderseits der Zahnräder angeordnet F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Pumpe ent-

oder einteilig ausgebildet und auf der der Hauptwelle sprechend der geknickten Linie 1-1 der F i g. 2,

abgewendeten Seite der Zahnräder angeordnet. F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der

Aufgabe der Erfindung ist es, den konstruktiven 60 F i g. 1 und

Ausbau einer Drehkolbenmaschine der eingangs er- F i g. 3 einen Querschnitt durch die Pumpe im

wähnten Art derart auszubilden, daß nur eine ver- Bereich des Drehschiebers nach der gebrochenen

schwenkbare Welle bzw. Gelenkwelle erforderlich ist, Linie 3-3 der F i g. 1.

daß dabei der Steuerdrehschieber platzgünstig und/ Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe ist mit

oder raumsparend im Gehäuse angeordnet ist und 65 einem Gehäuse 10 versehen, das eine Bohrung zur

bestimmte Steuerkanäle des Drehschiebers so vor- Aufnahme der Hauptwelle 11 aufweist, die aus dem

gesehen sind, daß ein Teil derArbeitsflüssigkeitinden einen Ende des Gehäuses zur Verbindung mit einer

Hohlraum des Drehschiebers gelangt, um dort auch beliebigen Antriebsvorrichtung herausragt. An dem

entgegengesetzten Ende des Gehäuses 10 sind ein zur Hauptwelle 11 zentrischer, innenverzahnter Zahnring 12, der als Gehäuseteil dient, sowie ein von diesem Zahnring umschlossenes, außenverzahntes Innenzahnrad 13 angeordnet, das einen Zahn weniger als der äußere Zahnring 12 aufweist. Auf der Innenseite des Zahnringes 12 und des Innenzahnrades 13 ist eine zugleich als Verschleißplatte dienende Arbeitsraumstirnwand 14 angeordnet, die mit der auf der Außenseite des Zahnringes und des Innenzahnrades angeordneten, geschlossenen Stirnwand 15 des Gehäuses 10 durch Schrauben 16 verbunden ist.

In dem Gehäuse 10 ist zwischen dem inneren Ende der Hauptwelle 11 und der Arbeitsraumstirnwand 14 ein Drehschieber 20 drehbar gelagert, der als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist und von einer schwenkbaren Welle 21 durchsetzt ist. Diese ist als starre Gelenkwelle ausgebildet und stellt die Verbindung der Hauptwelle 11 mit dem Innenzahnrad 13 her. Die Gelenkwelle 21 ist mit der Hauptwelle 11 und dem Innenzahnrad 13 dadurch verbunden, daß die Enden der Gelenkwelle 21 als Kugelköpfe 22 und 23 ausgebildet und dort mit zwei radial vorstehenden Querstiften 24 versehen. Die Querstifte 24 stellen eine drehfeste Verbindung einerseits mit der Hauptwelle 11 und andererseits mit dem Innenzahnrad 13 her, indem sie in einen am drehschieberseitigen Ende der Hauptwelle bzw. in deren verbreiterten Wellenkopf 25 angeordneten Querschlitz 26 sowie am anderen Ende der Gelenkwelle 21, an dem diese mit ihrem Gelenkkopf 23 in eine zentrale Bohrung des Innenzahnrades 13 hineinragt, in sich axial erstrekkende Nuten 27 axial verschiebbar eingreifen.

Die im Eingriff stehenden Zähne des Innenzahnrades 13 und des äußeren Zahnringes 12 sind in bekannter Weise so geformt, daß bei der Drehung des Innenzahnrades um seine Achse dieses Zahnrad gezwungen wird, in dem äußeren Zahnring eine kreisende und drehende Bewegung auszuführen, wobei der Mittelpunkt bzw. Schwerpunkt des Innenzahnrades mit einem seiner Zähnezahl entsprechenden Vielfachen der Drehzahl der Hauptwelle 11 bzw. der Gelenkwelle 21 um die Drehachse des Zahnringes sich bewegt. Bei dieser Umlaufbewegung arbeiten die Zähne des Innenzahnrades 13 und die Zähne des äußeren Zahnringes 12 so zusammen, daß sie den Raum zwischen den Zahnrädern in Saug- und Druckkammern bzw. Verdrängerzellen unterteilen, von denen jede bei dem Umlauf des Innenzahnrades 13 abwechselnd vergrößert und verkleinert wird. Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform der Pumpe besitzt ein Innenzahnrad mit sechs Zähnen und einen äußeren Zahnring mit sieben Zähnen, so daß bei jeder Umdrehung des Innenzahnrades um seine Achse jede der Verdrängerzellen sechsmal vergrößert und verkleinert wird. Da die Gelenkwelle 21 die Hauptwelle 11 mit dem Innenzahnrad 13 so verbindet, daß sich dieses mit derselben Drehzahl wie die Hauptwelle dreht, werden die Verdrängerzellen bei jeder Umdrehung der Hauptwelle 11 sechs vergrößerungs- und Verkleinerungsvorgängen unterworfen.

Zur Verbindung der sich vergrößernden und verkleinernden Verdrängerzellen mit den Zu- und Abflußleitungen der Förderflüssigkeit an dem Gehäuse 10 ist der Drehschieber 20 mit der Hauptwelle 11 so verbunden, daß er sich mit derselben Drehzahl wie die Hauptwelle dreht. Hierzu ist eine Mitnahmeverbindung angeordnet, welche die Hauptwelle 11 mit dem Drehschieber 20 drehfest verbindet, aber eine radiale Belastung des Drehschiebers vermeidet. Diese Mitnahmeverbindung ist bei der dargestellten Ausführungsform durch einen exzentrischen Ansatz in Form eines Zylinderstiftes 30 gebildet, der in die der Hauptwelle zugewendete Stirnwand des Drehschiebers 20 eingesetzt ist und in den Querschlitz 26 des Wellenkopfes 25 der Hauptwelle 11 hineinragt. Eine

ίο solche Verbindung zwischen Hauptwelle und Drehschieber hat den Vorteil, daß der Drehschieber von etwaigen Querbeanspruchungen, die infolge der zwischen der Hauptwelle und der Gelenkwelle 21 übertragenen Kräfte auftreten könnten, frei bleibt.

Die Bohrung des Gehäuses 10 ist mit zwei Ringnuten bzw. Ringkanälen 32 und 33 versehen, die jeweils mit nach außen führenden, radialen Gehäusebohrungen 34 und 35 in Verbindung stehen, an die die Zu- und Abflußleitungen der Förderflüssigkeit angeschlossen sind. Der Ringkanal 32 ist über den Querschlitz 26 unmittelbar in ständiger Verbindung

. mit dem Hohlraum des Drehschiebers 20, während der Ringkanal 33 in der den Drehschieber umgebenden Gehäusewand etwas weiter nach innen angeord-

s5 net ist. Im Abstand von dem Ringkanal 33 in Richtung auf die Zahnräder 12 und 13 zu ist das Gehäuse mit im Umkreis angebrachten Durchlaßkanälen 36 versehen, die einerseits in die Gehäusebohrung münden und andererseits jeweils über Bohrungen 37 in der Arbeitsraumstirnwand 14 mit den Zahnlücken, gleichsam »Sternspitzen«, des Zahnringes 12 und dadurch mit den Verdrängerzellen verbunden sind. Für die in abwechselnder Folge stattfindende Verbindung der Verdrängerzellen mit den Durchlaßkanälen 36, deren Zahl der Zähnezahl des Zahnringes entspricht, ist der Drehschieber 20 mit mehreren radialen Steuerkanälen 38 versehen, deren Zahl der Anzahl der Zähne des Innenza/mrades 13 entspricht und die durch die Wandung des Drehschiebers 20 ganz hindurchgehen. In der Mitte zwischen je zwei benachbarten radialen Steuerkanälen 38 sind außerdem an der Außenfläche des Drehschiebers 20 Steuerkanäle in Form von Nuten 39 angeordnet, die sich in axialer Richtung erstrecken und einerseits den Ringkanal 33 übergreifen und andererseits mit den Durchlaßkanälen 36 zusammenwirken.

Die Art und Weise, in der die radialen Steuerkanäle 38 und die Nuten 39 des Drehschiebers 20 mit den Durchlaßkanälen 36 zur Herstellung der notwendigen Umschaltverbindungen zwischen den Verdrängerzellen und den radialen Gehäusebohrungen 34 und 35 zusammenarbeiten, ergibt sich aus F i g. 2 und 3, in denen das Innenzahnrad 13 und der Steuerschieber 20 in Stellungen gezeigt sind, die sie gleichzeitig einnehmen. Die Durchmesser der Durchlaßkanäle 36 und der radialen Steuerkanäle 38 in dem Drehschieber 20 sowie die Breite jeder der Nuten 39 sind unter sich im wesentlichen gleich μηα auch etwa gleich der Breite der an der Außenfläche des Steuer-Schiebers befindlichen Felder zwischen den radialen Steuerkanälen 38 und den Nuten 39. Die Steuerkanäle 38 und Nuten 39 sind in Bezug auf die Zähne des Innenzahnrades 13 so angeordnet, daß, wenn jeder dieser Zähne den tiefsten Eingriff in eine Zahnlücke des äußeren Zahnringes 12 erreicht, der mit dieser Zahnlücke bzw. der entsprechenden Verdrängerzelle verbundene Durchlaßkanal 36 durch eines dieser Felder des Drehschiebers verschlossen wird. Vor-

zugsweise können die beiden Querstifte 24 in einer gemeinsamen Längsebene angeordnet sein, so daß die gegenseitige Stellung des Drehschiebers 20 und des Innenzahnrades 13 konstant bleibt, wenn diese um ihre Achsen rotieren.

Bei der beschriebenen Ausführungsform arbeiten die radialen Steuerkanäle 38 des Drehschiebers 20 und die Nuten 39 desselben abwechselnd mit den Durchlaßkanälen 36 zusammen, um jede sich vergrößernde Verdrängerzelle mit einen der Ringkanäle 32, 33 und jede sich verkleinernde Verdrängerzelle mit dem anderen dieser Ringkanäle zu verbinden.

Welcher der Ringkanäle mit der sich vergrößernden Verdrängerzelle und welche mit der sich verkleinernden Verdrängerzelle verbunden wird, hängt von der Drehrichtung der Hauptwelle 11 ab. Bei der dargestellten Ausführungsform ruft die Drehung der Hauptwelle entgegen dem Uhrzeigersinn eine kreisende Bewegung des Innenzahnrades im Uhrzeigersinn hervor, wobei die sich verkleinernden Verdrängerzellen über die radialen Steuerkanäle 38 mit dem Ringkanal 32 und die sich vergrößernden Verdrängerzellen über die Nuten 39 des Drehschiebers 20 mit dem Ringkanal 33 verbunden werden. Diese Betriebsart wird bevorzugt, weil das innere Ende der Hauptwelle dem Auslaßdruck ausgesetzt wird, der auf die Welle eine nach außen gerichtete Kraft ausübt, die leicht durch ein Kugeldrucklager 45 aufgenommen werden kann, das zwischen dem verbreiterten Wellenkopf 25 der Hauptwelle und einer inneren Schulter des Gehäuses 10 angeordnet ist.

Wie bereits erwähnt, bleibt infolge der beschriebenen Mitnahmeverbindung zwischen der Hauptwelle 11 und dem Steuerschieber 20 letzterer von radialen Beanspruchungen frei. Hierdurch wird weiterhin erreicht, daß eine genaue Konzentrizität der zylindrischen Fläche des Drehschiebers 20 mit den Lagern der Hauptwelle 11 nicht erforderlich ist. Es kann daher zur Lagerung der Hauptwelle ein radiales Wälzlager, z. B. das Lager 46, verwendet werden. Die Ausnutzung des Hohlraumes des Drehschiebers als Flüssigkeitsdurchlaß erleichtert die zur Umschaltwirkung des Drehschiebers erforderliche Bearbeitung wesentlich. Ferner trägt die Ausbildung der Durchlaßkanäle 36 des Gehäuses als gerade Bohrungen, die von der Stirnfläche des Gehäuses 10 aus schräg gebohrt werden und in der Gehäusebohrung münden, zur einfachen und billigen Bearbeitung der Pumpenteile bei. Der einfache, im Wellenkopf 25 der Hauptwelle 11 verlaufende Querschlitz 26 dient einem dreifachen Zweck, insofern als er die Verbindung zwischen dem Hohlraum des Drehschiebers 20 und dem Ringkanal 32 des Gehäuses herstellt und zugleich sowohl den den Drehschieber mitnehmenden Zylinderstift 30 als auch die herausragenden Enden des Querstiftes 24 aufnimmt, welche die Gelenkwelle 21 mitnehmen.

Die Drehkolbenmaschine nach der Erfindung ist vorstehend als Pumpe beschrieben. Sie kann aber auch als umkehrbarer hydraulischer Motor betrieben werden, indem durch einen oder den anderen der radialen Gehäusebohrungen 34, 35 Druckflüssigkeit zugeführt und durch die andere dieser Gehäusebohrungen Flüssigkeit abgeführt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Drehkolbenmaschine für Flüssigkeiten, die als Pumpe oder Motor verwendbar ist, mit einem zu einer Haupt- (An- oder Abtriebs-)Welle zentrischen, innenverzahnten, als Gehäuseteil dienenden Zahnring und einem vom Zahnring umschlossenen, einen Zahn weniger als dieser aufweisenden, außenverzahnten Innenzahnrad, dessen Zähne ständig die Innenverzahnung des Außenrades berühren und das mit der Hauptwelle über eine verschwenkbare Welle, insbesondere Gelenkwelle, drehbar verbunden ist, so daß sein Schwerpunkt mit einem seiner Zähnezahl entsprechenden Vielfachen der Drehzahl der Hauptwelle um die Drehachse des Zahnringes sich bewegt, wobei die zwischen den Verzahnungen des Innenzahnrades und des Zahnringes sowie Stirnwänden von Gehäuseteilen gebildeten Verdrängerzellen über Kanäle im Gehäuse und über Steuerkanäle, deren Anzahl der doppelten Zähnezahl des Innenzahnrades entspricht, in einem mit der Drehzahl der Hauptwelle mitrotierenden zu dieser koaxialen zylindrischen Drehschieber mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit abwechselnd verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hohlkörper ausgebildete Drehschieber (20) von der schwenkbaren Welle (21) durchsetzt und zwischen der Hauptwelle (21, 25) und dem Innenzahnrad (13) angeordnet sowie mit der Hauptwelle über eine eine radiale Belastung vermeidende Mitnahmeverbindung (26, 30) drehfest verbunden ist, und daß ferner seine in abwechselnder Folge die Verbindung der Verdrängerzellen (bzw. Zahnlücken des Zahnringes) mit dem Druck- und dem Niederdruckanschluß der Maschine herstellenden Steuerkanäle (38,39) einander abwechselnd zur Hälfte als Nuten in seiner Mantelfläche und zur Hälfte als zu seinem Hohlraum führende radiale Kanäle seiner Zylinderwand ausgebildet sind.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit über Ringkanäle (32, 33) in der den Drehschieber umgebenden Gehäusewand erfolgt, wobei von jedem der Ringkanäle eine Gehäusebohrung (34,35) als Anschluß nach außen führt.

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im rotierenden Teil ein Querschlitz (26), der mit dem einen Ringkanal (32) des Gehäuses in Verbindung steht, zum Hohlraum des Drehschiebers (20) führt und damit einen Teil des Verbindungsweges zu den radialen Steuerkanälen (38) bildet.

4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitz (26) an der Stoßstelle zwischen der Hauptwelle (11, 25) und dem Drehschieber (20) angeordnet ist und daß in den Querschlitz ein exzentrischer Ansatz des Gegenstückes als Mitnahmeverbindung für die Drehbewegung eingreift.

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der exzentrische Ansatz durch einen Zylinderstift (30) gebildet wird, der in eine Stirnwand der Hauptwelle oder des Drehschiebers eingesetzt ist.

6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitz (26) in dem drehschieberseitigen Ende (Wellenkopf 25) der Hauptwelle (11) und der An-

satz bzw. Zylinderstift (30) in der Stirnwand des Drehschiebers vorgesehen ist.

7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verbindung der Hauptwelle (11, 25) mit dem Innenzahnrad (13) herstellende verschwenkbare Welle (21) eine Gelenkwelle ist, deren Gelenkköpfe (23, 22) im Innenzahnrad einerseits und im

Wellenkopf (25) der Hauptwelle (11) andererseits gelagert sind.

8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im wellenseitigen Gelenkkopf (22) derGelenkwelle (21) ein Querstift (24) vorgesehen ist, der die drehfeste Verbindung mit der Haupwelle hergestellt und dabei mit seinen herausragenden Enden in den Querschlitz (26) eingreift.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909517/979